一種採用複合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置製造方法
2023-11-06 04:30:12
一種採用複合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種採用複合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，該取電裝置包括電流互感器的設計及其取電電路，該取電裝置在高壓或中低壓電纜小電流狀態下和大電流狀態下均具有很好的特性。在輸電線路電流較小時，互感器激磁電感與外置電容諧振，提高輸出功率；在輸電線路電流較大時，電流互感器的一小部分磁芯材料進入磁飽和狀態，既實現了輸出穩壓功能，又抑制了裝置整體損耗，大大減少互感器本體的發熱。該取電裝置的外圍電路非常簡單，具有很高的供電穩定性，有廣泛的應用價值和廣闊的市場前景。
【專利說明】一種採用複合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於電工【技術領域】，採用複合磁芯材料的電流互感器，通過輸電線路感應獲取電能的裝置和電路，特別適用高壓輸電線路監控設備提供電源。
【背景技術】
[0002]高壓電纜是我國電力網架的主要組成部分，對其運行狀況進行在線監控成為提高電網可靠性的重要環節，但是對這些安置於輸電線路周邊的監控設備的供電很不方便，如在野外或地下一般不能提供220V交流市電，而採用光伏電池板或蓄電池供電的穩定性和免維護性較差。只有採用電流互感器通過電磁感應直接從高壓輸電線路取電是一種較為安全穩定、可長期免維護的供電方式。然而，高壓輸電線路的電流波動很大，傳統的電流互感器取電裝置在輸電線路電流小時，不能從輸電線路上獲得足夠的輸出電壓和功率，難以維持對監控設備的正常供電；在輸電線路電流較大時，傳統電流互感器的磁芯將進入飽和狀態，引起磁芯發熱，影響電纜絕緣層的壽命。因此，解決取電電路在小電流狀況下輸出合適功率、在大電流情況下滿足負載要求情況下，互感器不發熱者兩個問題，成為取電裝置設計的關鍵。
[0003]專利號200910045470.9的中國實用新型專利，公開了一種基於電流互感器的高壓輸電線路取電裝置，其電路原理圖如圖1所示，電流互感器⑴的輸出端經二極體整流濾波單元(2)後得到為負載供電的直流電壓。設穿過電流互感器的輸電線路交變電流的角頻率為Qci，有效值為 Js;電流互感器的副邊匝數為/7，副邊勵磁電感為Zm;負載為阻值等於慫的電阻。則該取電裝置獲得的直流輸出電壓K完全由上述輸電線路、取電裝置、負載等的參數決定，不可人為控制。隨慫增大，K也逐漸增大，在慫時該取電裝置獲得最高的直流輸出電壓
[0004]Umi =
M
[0005]在Js較小時，即使是也較小。此時在不改變電流互感器副邊匝數/7的條件下，為通過該取電裝置獲得足夠大的輸出電壓和功率，只能採用增大電流互感器的勵磁電感Zm的方法；亦即，該取電裝置必須配合大勵磁電感、大體積的電流互感器使用，才能在輸入小電流時獲得足夠的輸出電壓和功率，帶來電流互感器成本的增加和安裝的不便。在輸電線路電流大時，該取電裝置獲得的輸出電壓和功率過大，該專利添加能量洩放電路將獲得的過量功率通過洩放電阻消耗，造成能量的浪費。
[0006]為增大互感器輸出阻抗，專利號201310206669.1的中國實用新型專利，公開了一種基於電流互感器諧振取電的直流源，如圖2所示，其採用外部並聯電容的方法，使外部並聯電容與互感器電感諧振，以達到增大設備輸出阻抗的效果。但是，該方法在大電流情況下的穩壓控制方法比較複雜，容易產生失控現象。
實用新型內容[0007]為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種採用複合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，包括電流互感器、諧振電容、整流濾波單元、負載。電流互感器採用複合磁芯材料，在輸電線路電流較小時，該取電裝置具有很高的取電效率；輸電線路電流較大時，該取電裝置在輸出穩定電壓的同時，避免電流互感器發熱。
[0008]為了實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案。
[0009]一種採用複合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，包括電流互感器、諧振電容C；、整流濾波單元、負載&，所述電流互感器與諧振電容C；、整流濾波單元、負載&連接；所述電流互感器採用複合磁芯材料，電流互感器用於獲取穿過其磁芯的電纜上的感應電
流；電流互感器副邊激磁電感值Lm與(；滿足諧振條件，即? I ,其/為互感器原
邊電流頻率。
[0010]優選的是，所述電流互感器套在高壓輸電線路上，輸電線路交變電流穿過電流互感器磁芯，並在其副邊繞組上產生感應電流。
[0011]在上述任一技術方案中優選的是，所述電流互感器的副邊繞組與諧振電容(；並聯，並接到整流濾波單元的輸入端，整流濾波單元的輸出端接負載&，用於將電流互感器的副邊繞組上產生的交變感應電能轉換為直流電能。
[0012]在上述任一技術方案中優選的是，所述整流濾波單元包括第一二極體、第二二極體、第三二極體、第四二極體、濾波電容Cf
[0013]在上述任一技 術方案中優選的是，電流互感器(I)採用的複合磁芯材料包括兩種磁芯材料A和B, A磁芯材料與B磁芯材料固定於非金屬包裹物中。
[0014]在上述任一技術方案中優選的是，所述複合磁芯材料配置為A磁芯材料佔的比例大於B磁芯材料。
[0015]在上述任一技術方案中優選的是，複合磁芯材料中A磁芯材料的飽和磁感應強度高於B磁芯材料,而B磁芯材料的磁滯損耗則小於A磁芯材料。
[0016]在上述任一技術方案中優選的是，所述A磁芯材料米用娃鋼片。
[0017]在上述任一技術方案中優選的是，所述B磁芯材料採用鐵氧體、坡莫合金、非晶、鐵粉芯、納米晶中的任意一種。
[0018]在上述任一技術方案中優選的是，電流互感器的外形尺寸和形狀可以根據電纜的實際尺寸製作。
[0019]對於上述採用複合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，採用複合磁芯材料的電流互感器的取電方法為:當輸電線路電流較小時，採用複合磁芯材料的電流互感器的取電裝置具有較高取電效率；當輸電線路電流較大時，該電流互感器取電裝置在輸出穩定電壓的同時可避免電流互感器發熱。
[0020]在上述任一技術方案中優選的是，當輸電線路電流較小時，採用複合磁芯材料的電流互感器的激磁電感與外置電容諧振，提高輸出功率；當輸電線路電流較大時，採用複合磁芯材料的電流互感器的B磁芯材料部分則進入磁飽和狀態，可保護其餘的A磁芯材料不進入磁飽和狀態。
[0021]在上述任一技術方案中優選的是，進入磁飽和狀態的B磁芯材料部分，具有較小的損耗，抑制電流互感器取電裝置發熱。[0022]本實用新型的採用複合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，包括電流互感器的設計及其取電電路。該裝置在高壓電纜小電流狀態下和大電流狀態下均具有很好的負載特性。採用複合磁芯材料的電流互感器取電裝置的取電方法，在輸電線路電流較小時，互感器激磁電感與外置電容諧振，提高輸出功率；在輸電線路電流較大時，電流互感器的一小部分磁芯材料進入磁飽和狀態，這樣既實現了輸出穩壓功能，又抑制了裝置整體損耗。採用複合磁芯材料的電流互感器取電裝置的外圍電路非常簡單，具有很高的供電穩定性，有廣泛的應用價值和廣闊的市場前景，特別是適用高壓電纜感應取電。
[0023]本實用新型的採用複合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，通過磁芯特性和電路設計，能自動實現小電流輸入時諧振取電和大電流輸入時限制輸出電壓的特點，具有電路簡單、可靠性高的優點。
[0024]本實用新型的採用複合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，複合磁芯的尺寸和繞組匝數及電流互感器(I)的外形尺寸依據電纜的實際尺寸設計，A磁芯材料、B磁芯材料的磁芯截面根據實際應用情況設計。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為現有技術的一種傳統取電裝置的電路原理圖；
[0026]圖2為現有技術的一種諧振取電裝置的電路原理圖；
[0027]圖3為本實用新型的採用複合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置的一優選實施例的電路原理圖；
[0028]圖4為本實用新 型的採用複合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置的一優選實施例的基於複合磁芯材料的電流互感器結構圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作詳細說明，以下描述僅作為示範和解釋，並不對本實用新型作任何形式上的限制。
[0030]如圖3所示，採用複合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，包括電流互感器
1、諧振電容C；、整流濾波單元2、負載&，其特徵在於:所述電流互感器I採用複合磁芯材
料，且電流互感器I副邊激磁電感值Lm與(；滿足諧振條件，即? I,其/為互感
器原邊電流頻率。
[0031]如圖4所示，電流互感器I採用的複合磁芯材料包括兩種磁芯材料A和B，在複合磁芯材料中，A磁芯材料的佔比大於B磁芯材料；A磁芯材料的飽和磁感應強度高於B磁芯材料，而B磁芯材料的磁滯損耗則小於A磁芯材料。A磁芯材料可以為娃鋼片，B磁芯材料可以採用鐵氧體、坡莫合金、非晶、鐵粉芯、納米晶中等。
[0032]電流互感器⑴套在高壓輸電線路上，輸電線路交變電流is(i)穿過電流互感器I磁芯，並在其副邊繞組上產生感應電流。電流互感器採用在直徑為160mm、截面積為4cm2的環形矽鋼片磁芯中嵌入4_厚度的鐵氧體，磁芯外纏繞=400匝副邊繞組，然後一起置於絕緣外殼中，其副邊勵磁電感An約為2H。電流互感器I的副邊繞組與諧振電容(；並聯，並接到整流濾波單元2的輸入端，整流濾波單元2的輸出端接負載&，用於將電流互感器I的副邊繞組上產生的交變感應電能轉換為直流電能。
[0033]其整流濾波單元2包括第一二極體D1、第二二極體D2、第三二極體D3、第四二極體D4、濾波電容Q。諧振電容(；採用4.7F的CBB電容，D1~Di採用貼片肖特基二極體SS34，濾波電容C。採用100yF/400V的電解電容。
[0034]取電最大輸出電壓為= 1--?* ,其中N為匝數，/為頻率，S為磁芯截面積，Bmax為飽和磁感應強度。取Bmax=0.6Τ，可以得到U.- ? 24V。
[0035]在輸電線路電流較小時，採用複合磁芯材料的電流互感器取電裝置具有較高取電效率；在輸電線路電流較大時，該電流互感器取電裝置在輸出穩定電壓的同時可避免電流互感器發熱。
[0036]在輸電線路電流較小時，採用複合磁芯材料的電流互感器的激磁電感與外置電容諧振，提高輸出功率；在輸電線路電流較大時，採用複合磁芯材料的電流互感器的B磁芯材料部分則進入磁飽和狀態，可保護其餘的A磁芯材料不進入磁飽和狀態。進入磁飽和狀態的B磁芯材料部分，具有較小的損耗，大大抑制了電流互感器取電裝置發熱。
[0037]以上所述僅是對本實用新型的優選實施方式進行描述，並非是對本實用新型的範圍進行限定，在 不脫離本實用新型設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本實用新型的權利要求書確定的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種採用複合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，包括電流互感器(I)、諧振電容(C；)、整流濾波單元(2)、負載(?)，其特徵在於:所述電流互感器(I)與諧振電容(C；)、整流濾波單元(2)、負載(?)連接；電流互感器(I)副邊激磁電感值Lm與(；滿足諧振條件，即其/為互感器原邊電流頻率。
2.如權利要求1所述的採用複合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，其特徵在於:所述電流互感器(I)採用複合磁芯材料，以獲取穿過其磁芯的電纜上的感應電流。
3.如權利要求1所述的採用複合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，其特徵在於:所述電流互感器(I)套在輸電線路上，輸電線路交變電流穿過電流互感器(I)磁芯，並在其副邊繞組上產生感應電流。
4.如權利要求3所述的採用複合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，其特徵在於:所述電流互感器(I)的副邊繞組與諧振電容((；)並聯，並接到整流濾波單元(2)的輸入端，整流濾波單元(2)的輸出端接負載(RJ。
5.如權利要求1所述的採用複合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，其特徵在於:所述整流濾波單元(2)包括第一二極體(D1)、第二二極體(D2)、第三二極體(D3)、第四二極體(D4 )、濾波電容C1。
6.如權利要求1至3中任一項所述的採用複合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，其特徵在於:電流 互感器(I)的外形尺寸和形狀可以根據電纜的實際尺寸製作。
【文檔編號】H01F27/24GK203774879SQ201420123245
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月19日 優先權日:2014年3月19日
【發明者】黃武浩, 胡偉, 餘立剛, 駱定華 申請人:浙江圖維電力科技有限公司